400 ग्राम ऑप्टिकल मॉड्यूल को समझना

 

400जी क्यों हुआ जब यह हुआ

 

बैंडविड्थ प्रगति में एक निश्चित अनिवार्यता है जिसकी उद्योग जगत के दिग्गज अपेक्षा करते आए हैं। उस समय 10जी से 40जी तक की छलांग महत्वपूर्ण महसूस हुई। फिर 100जी आया और अचानक हर कोई रीढ़ की हड्डी की वास्तुकला और पूर्व की ओर पश्चिम के यातायात पैटर्न के बारे में बात कर रहा था। लेकिन 400G? वह परिवर्तन अलग रहा है.

एनआरजेड मॉड्यूलेशन योजना जिसने हमें 1जी से 25जी तक अच्छी सेवा प्रदान की, वह आर्थिक रूप से 100जी से आगे नहीं बढ़ सकी। फिजिक्स महंगा हो गया. सिग्नल की अखंडता एक दुःस्वप्न बन गई. आप तकनीकी रूप से एनआरजेड को और अधिक बढ़ा सकते हैं, निश्चित रूप से -लेकिन वॉल्यूम परिनियोजन के लिए लागत घटता का कोई मतलब नहीं है। इसलिए उद्योग ने PAM4 की ओर रुख किया।

PAM4 क्या करता है {{1}और यदि आप बुनियादी ढांचे का अनुमान लगा रहे हैं तो यह समझने लायक है {{2}एक के बजाय प्रति प्रतीक दो बिट्स को एन्कोड करना है। दो के बजाय चार आयाम स्तर। बॉड दर को दोगुना किए बिना डेटा थ्रूपुट को दोगुना करें। अदला - बदली? एनआरजेड की तुलना में आपके सिग्नल का शोर अनुपात लगभग 10 डीबी तक पहुंच जाता है। यह मामूली बात नहीं है. यही कारण है कि प्रत्येक 400G मॉड्यूल फॉरवर्ड त्रुटि सुधार के साथ आता है, और क्यों DSP (डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर) इन ट्रांसीवर में इतना महत्वपूर्ण घटक बन गया है।

 

 

फॉर्म फैक्टर युद्ध

 

मैंने वर्षों से व्यापार शो और खरीद बैठकों में क्यूएसएफपी -डीडी बनाम ओएसएफपी बहस को चलते देखा है। दोनों पक्षों के पास वैध तर्क हैं. कोई भी निश्चित रूप से नहीं जीता है।

QSFP-DD, QSFP-DD MSA गठबंधन से निकला है, जिसकी प्रमुख विशेषता पश्चगामी अनुकूलता है। क्या आपके पास बहुत सारे QSFP28 मॉड्यूल हैं जिन्हें आप बदलने के लिए तैयार नहीं हैं? वे सीधे QSFP-DD केज में समा जाएंगे। आयाम-18.35मिमी चौड़ाई, 89.4मिमी लंबाई-फॉर्म फैक्टर को परिचित रखें। आप 1यू फ्रंट पैनल में 36 पोर्ट फिट कर सकते हैं। यदि आप प्रत्येक स्लॉट को भरते हैं तो यह कुल थ्रूपुट 14.4Tbps है। क्रमिक रूप से अपग्रेड करने वाले ऑपरेटरों के लिए, यह बहुत मायने रखता है।

ओएसएफपी ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया। ऑक्टल स्मॉल फॉर्म - फ़ैक्टर प्लगेबल समूह ने कहा: बैकवर्ड अनुकूलता को भूल जाइए, आइए थर्मल प्रबंधन और भविष्य की स्केलेबिलिटी के लिए अनुकूलन करें। 22.58 मिमी चौड़े और 107.8 मिमी लंबे ओएसएफपी मॉड्यूल में गर्मी अपव्यय के लिए अधिक सतह क्षेत्र होता है। वे QSFP-DD की 12-15W सीमा की तुलना में 15{7}}20 वॉट तक पावर लिफाफे का समर्थन करते हैं। जब आप सुसंगत प्रकाशिकी चला रहे हैं या 800जी की योजना बना रहे हैं, तो वह हेडरूम प्रासंगिक हो जाता है।

NVIDIA अपने क्वांटम-2 InfiniBand प्लेटफ़ॉर्म के लिए OSFP पर पूरी तरह से चला गया। वह कुछ भी नहीं है. लेकिन सिस्को और अरिस्टा के एंटरप्राइज़ स्विच अभी भी मुख्य रूप से क्यूएसएफपी-डीडी पोर्ट शिप करते हैं।

 

अक्षरों का वास्तव में क्या मतलब है

 

यदि आपने कभी किसी स्पेक शीट को देखकर यह सोचा है कि दोनों "400G मॉड्यूल" होने के बावजूद DR4 की कीमत FR4 से कम क्यों है, तो आप अकेले नहीं हैं। नामकरण पैटर्न का अनुसरण करता है, लेकिन उन पैटर्न के अपवाद होते हैं और अपवादों के अपने तर्क होते हैं।

• एसआर (शॉर्ट रेंज): मल्टीमोड फाइबर, 850 एनएम तरंग दैर्ध्य। 400G-SR8 एक MPO-16 कनेक्टर पर 50G PAM4 की आठ समानांतर लेन का उपयोग करता है। OM4 फ़ाइबर पर रेंज लगभग 100 मीटर है-OM3 पर 70 मीटर है। इसमें SR4 भी है, जो उच्च गति वाले VCSEL का उपयोग करके प्रत्येक चार लेन में 100G पैक करता है। समान पहुंच, कम फाइबर। 400G-SR4.2 वेरिएंट (जिसे कभी-कभी BIDI भी कहा जाता है) द्विदिशात्मक ट्रांसमिशन के साथ चतुर हो जाता है, जो केवल चार फाइबर पर 400G प्राप्त करने के लिए प्रत्येक दिशा में दो तरंग दैर्ध्य चलाता है।
• डीआर4: सिंगल -मोड फाइबर, 1310एनएम, 500 मीटर। यह एसआर की क्षमता से अधिक लंबे डेटासेंटर कनेक्शन के लिए वर्कहॉर्स है। चार ऑप्टिकल लेन में से प्रत्येक एक समर्पित फाइबर जोड़ी पर 100G PAM4 ले जाता है। एमपीओ-12 कनेक्टर. यहां ब्रेकआउट क्षमता महत्वपूर्ण है {{14}एक DR4 चार स्वतंत्र 100G-DR लिंक में विभाजित हो सकता है, जो पुराने 100G उपकरण को कनेक्ट करते समय मदद करता है।
• FR4: दो किलोमीटर, सिंगल-मोड। यहीं पर गियरबॉक्स आर्किटेक्चर अपना प्रभाव जमाता है। मॉड्यूल आठ 50G विद्युत लेन लेता है, उन्हें DSP के माध्यम से चार 100G ऑप्टिकल लेन में परिवर्तित करता है, फिर CWDM4 स्पेसिंग (1271, 1291, 1311, 1331nm) का उपयोग करके सभी चारों को एक एकल फाइबर जोड़ी पर तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्स करता है। डुप्लेक्स एलसी कनेक्टर। DR4 के समानांतर दृष्टिकोण की तुलना में अधिक साफ-सुथरी केबलिंग।
• LR4 और उससे आगे: FR4 के समान तरंग दैर्ध्य योजना, लेकिन 10 किमी तक पहुंच के लिए अनुकूलित। ER4 40 किमी तक धकेलता है। ZR4 80 किमी तक चलता है लेकिन सुसंगत पहचान की आवश्यकता होती है {{8}पूरी तरह से अलग तकनीक, अलग मूल्य बिंदु, अलग उपयोग का मामला। ओआईएफ का 400ZR मानक विशेष रूप से मेट्रो डीसीआई अनुप्रयोगों को लक्षित करता है जहां आपको स्विच फेसप्लेट में प्लग करने योग्य सुसंगत ऑप्टिक्स की आवश्यकता होती है।

 

 

डीएसपी प्रश्न

 

प्रत्येक 400G ट्रांसीवर में एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर होता है। हर एक. यह वैकल्पिक नहीं है-PAM4 मॉड्यूलेशन परिष्कृत सिग्नल कंडीशनिंग के बिना काम नहीं करता है।

डीएसपी वास्तव में क्या करता है? चैनल हानि की भरपाई के लिए फ़ीड -फ़ॉरवर्ड इक्वलाइज़ेशन। अंतर-प्रतीक हस्तक्षेप के लिए निर्णय प्रतिक्रिया समीकरण। प्राप्त सिग्नल से समय निकालने के लिए घड़ी और डेटा रिकवरी। ट्रांसमिट पर एफईसी एन्कोडिंग, प्राप्त होने पर एफईसी डिकोडिंग और त्रुटि सुधार। सुसंगत मॉड्यूल में, उस सूची में रंगीन फैलाव मुआवजा और ध्रुवीकरण मोड फैलाव प्रबंधन जोड़ें।

डीएसपी बिजली जलाता है. यह बहुत है। कई 400G मॉड्यूल में, DSP कुल बिजली खपत के आधे से अधिक के लिए जिम्मेदार होता है। मार्वेल, ब्रॉडकॉम और इंफी (अब मार्वेल का हिस्सा) प्रक्रिया नोड्स को छोटा करने और दक्षता में सुधार करने के लिए प्रतिस्पर्धा में बंद हो गए हैं। 7एनएम से 5एनएम डीएसपी तक की छलांग समतुल्य कार्यक्षमता के लिए 20% की सार्थक ऊर्जा बचत रही है।

इस बात पर बहस चल रही है कि क्या डीएसपी को स्विच एएसआईसी में ही जाना चाहिए (जिसे कुछ लोग "लीनियर प्लगेबल ऑप्टिक्स" या एलपीओ कहते हैं)। तर्क यह है: यदि आप पहले से ही स्विच पर सिग्नल प्रोसेसिंग कर रहे हैं, तो इसे हर ट्रांसीवर में क्यों दोहराया जाए? प्रतिवाद में मॉड्यूल इंटरऑपरेबिलिटी और विभिन्न स्विच प्लेटफार्मों पर क्वालीफाइंग ऑप्टिक्स की व्यावहारिक चुनौतियां शामिल हैं। यह अगले कुछ वर्षों में चलने वाला है।

 

सिलिकॉन फोटोनिक्स चित्र में प्रवेश करता है

 

याद रखें जब सभी ने मान लिया था कि InP (इंडियम फॉस्फाइड) लेज़र 400G पर हावी हो जाएंगे? कथा बदल गई.

इंटेल और सिस्को ने मानक सीएमओएस निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके सिलिकॉन सब्सट्रेट्स पर ऑप्टिकल घटकों को एकीकृत करने के लिए सिलिकॉन फोटोनिक्स पर जल्दी दांव लगाया। वादा हमेशा बड़े पैमाने पर लागत के बारे में था। पारंपरिक असतत प्रकाशिकी के लिए अलग-अलग सामग्रियों से लेजर चिप्स, मॉड्यूलेटर, फोटोडिटेक्टर की मैन्युअल असेंबली की आवश्यकता होती है। सिलिकॉन फोटोनिक्स आपको एक ही पासे पर अधिकांश ऑप्टिकल इंजन बनाने की सुविधा देता है।

आज शिपिंग किए जा रहे 400G-DR4 सिलिकॉन फोटोनिक्स मॉड्यूल हाइपरस्केल परिनियोजन के लिए आकर्षक अर्थशास्त्र प्रदान करते हैं। वे सार्वभौमिक रूप से ईएमएल आधारित विकल्पों की तुलना में सस्ते नहीं हैं, {{5}अभी तक नहीं, लेकिन फैब पैदावार में सुधार के कारण लागत प्रक्षेपवक्र सिलिकॉन के पक्ष में है। बिजली की खपत से भी लाभ होता है, विशेषकर मॉड्यूलेटर अनुभाग में।

जैसा कि कहा गया है, सिलिकॉन एक औसत लेजर बनाता है। अप्रत्यक्ष बैंडगैप समस्या का समाधान नहीं हुआ है। इसलिए सिलिकॉन फोटोनिक्स मॉड्यूल भी आमतौर पर एक बाहरी InP या GaAs गेन चिप का उपयोग करते हैं, जो सिलिकॉन प्लेटफ़ॉर्म पर एकीकृत हाइब्रिड - है। यह शानदार इंजीनियरिंग है, लेकिन "सिलिकॉन फोटोनिक्स" कुछ हद तक महत्वाकांक्षी शब्दावली बनी हुई है।

 

शक्ति और तापीय वास्तविकताएँ

 

इन घनत्वों के लिए वायु शीतलन अपनी व्यावहारिक सीमा तक पहुँच रहा है। स्विच ASICs पर लिक्विड कूलिंग{{1}ठंडी प्लेटें, संभावित रूप से संपूर्ण रैक के लिए विसर्जन{{2}अब आकर्षक नहीं है। यह महँगा बुनियादी ढाँचा है जिसे सुविधा संगठन अभी भी निर्दिष्ट करना और बनाए रखना सीख रहे हैं।

 

ब्रेकआउट परिदृश्य

 

एक क्षमता जिस पर पर्याप्त ध्यान नहीं दिया जाता है: 400G मॉड्यूल को अक्सर ब्रेकआउट ऑपरेशन के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जो होस्ट सिस्टम के लिए कई कम दर वाले इंटरफेस के रूप में प्रस्तुत होता है।

एक 400G-SR8 दो 200G-SR4 लिंक, या दो 100G{7}}SR4 लिंक बन सकता है जो आधी दर पर चल रहे हैं, या यहां तक ​​कि आठ स्वतंत्र 50G चैनल ("चैनलाइज़्ड" या SR8-C वैरिएंट) भी बन सकते हैं। एक 400G - DR4 चार 100G - DR कनेक्शन को तोड़ सकता है - यह तब उपयोगी होता है जब आपको 400G स्विच पोर्ट को चार अलग-अलग 100G सर्वर से कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है।

यहां केबल लगाना दिलचस्प हो जाता है। एक MPO-12 से 4xLC डुप्लेक्स ब्रेकआउट हार्नेस एक एकल DR4 पोर्ट लेता है और इसे चार स्वतंत्र SMF जोड़े तक फैलाता है। नेटवर्क आर्किटेक्ट्स को यह लचीलापन पसंद है, लेकिन केबल प्रबंधन के निहितार्थ वास्तविक हैं। आपकी संरचित केबलिंग योजना को पहले दिन से ब्रेकआउट परिदृश्यों को ध्यान में रखना होगा, या आप तैनाती के छह महीने बाद तदर्थ पैच केबल चलाएंगे।

 

400G के लिए 800G का क्या मतलब है?

 

उद्योग तेजी से आगे बढ़ रहा है। क्या इससे 400G अप्रचलित हो जाता है? आस - पास भी नहीं।

400G पारिस्थितिकी तंत्र परिपक्व हो गया है। मॉड्यूल लागत में काफी गिरावट आई है। विक्रेताओं के बीच अंतरसंचालनीयता अच्छी तरह से स्थापित है। अधिकांश उद्यम और क्लाउड नेटवर्किंग आवश्यकताओं के लिए, 400G प्रदर्शन, लागत और परिचालन परिचितता के सर्वोत्तम स्थान का प्रतिनिधित्व करता है। यह वर्षों तक लीफ{7}स्पाइन फैब्रिक और सामान्य उद्देश्य डेटासेंटर कनेक्टिविटी के लिए वॉल्यूम प्ले बना रहेगा।

800जी और अंततः 1.6टी एआई/एमएल वातावरण में हावी हो जाएंगे जहां जीपीयू को प्रशिक्षण डेटा को बेतुकी दरों पर स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। अलग-अलग बाज़ार, अलग-अलग ज़रूरतें, अलग-अलग बजट पर बातचीत। अधिकांश नेटवर्कों को उस वक्र का पीछा करने की आवश्यकता नहीं होगी।

 

 

व्यावहारिक बातें जिनके बारे में कोई नहीं लिखता

 

कुछ चीजें कठिन तरीके से सीखी गईं:

मॉड्यूल EEPROM संगतता विक्रेताओं द्वारा स्वीकार किए जाने से कहीं अधिक मायने रखती है। "संगत" ट्रांससीवर्स जो एक स्विच मॉडल में ठीक से काम करते हैं, समान ASIC लेकिन भिन्न फ़र्मवेयर के साथ दूसरे में त्रुटियाँ उत्पन्न कर सकते हैं। तृतीय पक्ष ऑप्टिक्स को अर्हता प्राप्त करते समय परीक्षण समय का निर्माण करें।

FR4 और LR4 मॉड्यूल पर LC कनेक्टर डुप्लेक्स है {{2}कुल दो फाइबर {{3}लेकिन DR4 और SR8 पर MPO कनेक्टर APC (कोणीय भौतिक संपर्क) पॉलिश का उपयोग करता है। APC और UPC कनेक्टर्स को मिलाने से आपको 20dB+ रिटर्न हानि और रुक-रुक कर त्रुटियाँ मिलेंगी। रंग कोडिंग एक कारण से मौजूद है।

विभिन्न निर्माताओं के PAM4 मॉड्यूल में सूक्ष्म रूप से भिन्न FEC कार्यान्वयन हो सकते हैं। मानक व्याख्या के लिए जगह छोड़ते हैं। यदि आप किसी लिंक पर अनावश्यक रूप से उच्च सुधारित त्रुटि संख्या देख रहे हैं, तो फ़ाइबर प्लांट को दोष देने से पहले उसी विक्रेता मॉड्यूल के लिए एक छोर को स्वैप करने का प्रयास करें।

तापमान मायने रखता है. इन मॉड्यूलों को आमतौर पर 70 डिग्री तक के केस तापमान के लिए रेट किया जाता है, लेकिन उस सीमा तक पहुंचने से पहले ही प्रदर्शन ख़राब हो जाता है। यदि आप सुसंगत व्यवहार चाहते हैं तो उन्हें शांत रखें।

 

आगे का रास्ता

 

400G ऑप्टिकल मॉड्यूल अग्रणी धार से मुख्यधारा के बुनियादी ढांचे में परिवर्तित हो गए हैं। प्रौद्योगिकी निर्णय -क्यूएसएफपी{{3}डीडी बनाम ओएसएफपी, समानांतर बनाम डब्लूडीएम, सिलिकॉन बनाम असतत ऑप्टिक्स-अब वही जोखिम नहीं उठाते जो तीन साल पहले थे। मजबूत आपूर्ति शृंखला मौजूद है. कई योग्य विक्रेता कीमत और सुविधाओं पर प्रतिस्पर्धा करते हैं। मानक निकायों ने अधिकांश इंटरऑपरेबिलिटी एज मामलों को सुलझा लिया है।

आज तैनाती की योजना बना रहे नेटवर्क आर्किटेक्ट के लिए, चयन की रूपरेखा सीधी है: फॉर्म फैक्टर को अपनी स्विच प्लेटफ़ॉर्म रणनीति से मिलाएं, वास्तविक पहुंच आवश्यकताओं के आधार पर ट्रांसीवर प्रकार (एसआर/डीआर/एफआर/एलआर) का चयन करें, और विशिष्टता से अधिक न चुनें। एक 400जी-एलआर4 की कीमत 400जी-डीआर4 से काफी अधिक है-यदि आपकी सबसे लंबी दौड़ 300 मीटर है, तो आप बिना किसी परिचालन लाभ के बजट खर्च कर रहे हैं।

अगले कुछ वर्षों में वृद्धिशील सुधार आएंगे: कम बिजली वाले डीएसपी, बेहतर सिलिकॉन फोटोनिक्स पैदावार, शायद रैखिक प्लग करने योग्य आर्किटेक्चर के आसपास कुछ मानकीकरण। लेकिन मौलिक प्रौद्योगिकी मंच स्थिर हो गया है . 400जी अब उभर नहीं रहा है। यह अब केवल बुनियादी ढांचा है-जिस तरह की आप आत्मविश्वास के साथ योजना बना सकते हैं।

और ईमानदारी से? प्रारंभिक 100जी युग की अराजकता के बाद, वह पूर्वानुमानशीलता सराहना के लायक है।